（测试计量技术及仪器专业论文）风粉在线监测系统工程应用研究.pdf

摘要 摘要 风粉在线监测系统在中间储仓式热风送粉锅炉上实现一次风速、煤粉浓度等重要燃烧参 数的计算机实时监测，使得电站锅炉运行调整和故障诊断有据可依，为提高运行安全性、稳 定性和经济性实现锅炉燃烧优化提供了有效可信手段。本文从应用角度出发，探讨在电厂 自动化监控系统中集成风粉在线监测系统的方案弗结合网络技术和数据库技术设计开发了 基于w e b 的风粉在线监测系统。本文具体工作如下： 1 、详细介绍了风粉在线监测系统的软硬件构成及其信号测量原理，对系统所具有的功能和 误差来源进行了分析。针对实际运行中给耪设各可能出现的故障，文章给出了相应的故 障征兆，可帮助机组运行人员及时对异常情况做出判断，及早采取措施，保证机组安全 运行。 2 、在气固两相流理论的基础上，对较为复杂的堵粉故障建立了数学模型并在m a t l a b 环境 下进行了计算机数值模拟，始出了堵粉工况下风、粉等监测参数的变化趋势，为风粉在 线监测系统故障诊断功能的实际运用提供了理论基础。 3 、在探讨风粉在线监测系统与d c s 不同的接口方案基础上，将系统用到的参数和计算公式 封装在动态链接库中嵌入到d c s 操作员站上的监控系统中，充分利用了动态链接库代码 简洁、占用资源少、易于扩充的优点，有利于风粉在线监测功能集成于d c s 系统中。 4 、依据s i s 系统集成功能模块的技术特点，设计开发了基于o p c 协议的a c t i v e x 控件，并 给出了控件开发关键问题的解决方案。该控件将o p c 通讯协议和风粉在线监测系统用到 的公式计算封装起来，既充分发挥了o p c 接口统一、开放的特性，又利用了a c t i v e x 控 件“即插即用”的优点，便于s i s 系统扩展风粉在线监测的功能。 5 、从原有的风粉在线监测系统出发，设计开发了基于w e b 风粉在线监测系统，实现了实时 历史数据图形化显示，故障报警消息的发送与接收，历史数据报表的生成和打印等系 统功能，为了提高整个踊络系统的安全牲文章从w e b 服务器、数据库服务器和应用程序 三个方面采取了一定的措施。 关键词：在线监测煤粉浓度d e ss i s 动态链接库o p ca c t i v e x w e b a b s t r a c t a b s tr a c t a i ra n dp u l v e r i z e dc o a lr e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e m ( a p c r t m s ) isd e s i g n e dt o m o n it o rs u c hb a s i cp a r a m e t e r sa b o u tc o a l f i r e db o i l e ri np o w e rp l a n ta sa i rs p e e d a n dc o n c e n t r a t i o no fp u l v e r i z e dc o a l i tp r o v i d e sr e l i a b l ed a t af o rt h ec o m b u s t i o n o p t i m i z a t i o na n df a u l td e t e c t i o no ft h eb o i l e ri np o w e rp l a n ti no r d e rt oi m p r o v e s i t ss a f e t y ，s t a b i l i t ya n de f f i c i e n c y f r o mt h ep r a c t i c a lp o i n to fv i e w ，t h i sp a p e r f o c u s e so nt h eu t i l i z a t i o no fa p c r t m sa n dt h ed e s i g no fw e b b a s e dm o n i t o r i n gs y s t e m ， w h i c hi sd e v e l o p e do nn e t w o r ka n dd a t a b a s et e c h n o l o g y i nm o r ed e t a i l s ： t h i sp a p e ri n t r o d u c e si ng r e a td e t a i l st h es o f t w a r e h a r d w a r ei n f r a s t r u c t u r ea n d s i g n a lm e a s u r i n gt h e o r yo fa p c r t m sa n da n a l y z e s i t sf u n c t i o n a l i t ya n de r r o r p o s s i b i l i t y b a s e do nt h a t ，i tf u r t h e re x p l a i n sa l lk i n d so ff a u l ts i g ns ot h a t s k i1l e dw o r k e rc a np r o p e r l ya n dt i m e l yr e a c ta g a i n s ta b n o r m a ls i t u a t i o n sa n d t a k e c o r r e c ts t e p st og u a r a n t e et h es a f e t yo fp o w e ru n i t 1 o np u r p o s e t h i sp a p e ri n t r o d u c e sas p e c i a lm a t h e m a t i cm o d e lf o rt h er e l a t i v e l y c o m p l i c a t e dp u l v e r i z e dc o a lb l o c k i n g t h er e s u l to ft h ec o m p u t e rs i m u l a t i o ni n m a t l a bg i v e st h ep a r a m e t e rt e n d e n c yu n d e rc o n d i t i o no fp u l v e r i z e dc o a lb l o c k i n g a n dp r o v i d e st h e o r e t i c a lg r o u n d w o r kf o rp r a c t i c a lu t i l i z a t i o no fa p c r t m s 2 ，b a s e do nd i f f e r e n ti n t e g r a t i o nb e t w e e na p c r t m sa n dd c s ，t h i sp a p e re n c a p s u l a t e s a l lo ft h ev a t i a b l e sa n df o r m u l a si nad l la n dt h e ne m b e d si ti n t od c sp l a t f o r m w h i c hf u l l yu t i l i z e st h ee f f i c i e n c ya n de x t e n d i b i l i t yo fd l l i tp r o v i d e sa c o n v e n i e n t l yp r a c t i c a lm e t h o dt oi n t e g r a t ea p c r m si n t od c s 3 b a s e do nt h et e c h n i c a lc h a r a c t e r so fs i ss y s t e mi n t e g r a t i n gf u n c t i o nm o d u l e s ， t h i sp a p e rd e s i g n sa n dd e v e l o p sa na c t i v e xc o m p o n e n tc o m p li a n tw i t ho p cp r o t o c 0 1 i ta 1s og i v e ss o l u t i o no fk e yp r o b l e m si nc o m p o n e n td e v e l o p m e n t t h isc o m p o n e n t e n c a p s u l a t e so p cp r o t o c o la n dc a l c u l a t i o nf o r m u l a su s e di na p c r t m s t h i sm e t h o d c o m b i n e st h eu n i f o r m i t yo fo p ca n dt h e “p l u ga n dp l a y a d v a n t a g eo fa c t i v e x c o m p o n e n t s ot h a t s i ss y s t e mc o u l de a s i l ya d dt h ef u n c t i o no fm e n i t o r i n g p a r a m e t e r sa b o u ta i r a n dp u l v e r i z e dc o a li nt h ef u t u r e 4 b a s e do nt h eo r i g i n a la p c r t m s ，t h isp a p e rd e s i g n sa n dd e v e l o p saw e b b a s e d a p c r t m s w h i c hh a sm a n yn e wf e a t u r e ss u c ha sp r o v i d i n gr e a l t i m e h i s t o r i cd a t a g r a p h s ，s e n d i n ga n dr e c e i v i n ge r r o ra l e r t s ，a n dg e n e r a t i n ga n dp r i n t i n gd a t a r e p o r t s a i s o ，i no r d e rt oi m p r o v et h es a f e t yo ft h ew h o l en e t w o r ks y s t e m ，t h is p a p e ro p t i m i z e dt h ew e bs e v e r ，d a t a b a s es e r v e ra n da p p l i c a t i o np r o g r a m i i a b s 订a c t k e yw o r d s ：r e a l t i m em o n i t o r i n g ：p u l v e r iz e dc o a lc o n c e n t r a t i o n d c s ：s 1 s ：d l l ：o p c ：a c t i v e x ：w e b i l l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：蔓遂日期：蝴 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交掌位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：鱼逸导师签名：迎垒煎日期：丛逍 第一章绪论 1 1 论文选题背景 第一章绪论 随着电力工业的迅速发展，电网对电厂运行的洁净、安全、经济性提出了更高的要求。 由于锅炉系统结构复杂，运行环境恶劣，一直是电厂运行中问题最集中，事故率最高，对机 组可用率影响最大的一个设备。其中，锅炉燃烧工况的好坏在很大程度上决定着锅炉设备和 整个发电厂运行的经济性和安全性。目前，国内l o o m w 以上机组普遍采用钢球磨、中间储仓 式、热风或乏气送粉锅炉制粉系统，煤和一定比例的风从布置在四角的燃烧器中喷出并燃烧， 在炉膛中央形成切圆。根据机组容量的不同，燃烧器可多层布置，每台燃烧器的煤粉由对应 的一台给粉机供给。组织锅炉良好的燃烧工况，关键是一次风速、一次风煤粉浓度、二次风 速及配风方式和炉内风量的调整，即每台燃烧器的煤粉浓度和相应的风量应大致均衡，否则 锅炉炉膛火焰中心会偏斜冲刷炉墙，造成炉壁结渣和局部热负荷过高，容易引起爆管。但是， 国内多数电厂燃煤机组的锅炉燃烧调整都还是由运行人员根据风机电流、挡板开度、给粉机 转速及一次风静压等参数来组织的。事实上由于各个给粉机转速与下粉量线性度不同，转速 信号与煤粉浓度信号有很大差距，因而仅仅依靠监视转速，运行人员无法及时、准确地发现 各一次风管中的煤粉浓度差。此外，在机组的实际正常运行中，一次风煤粉管道阻塞和自燃 等问题经常发生，轻者造成锅炉的缺角燃烧，燃烧不稳，炉膛两侧烟温和汽温的偏差；重者 造成锅炉的灭火，机组停运等事故，严重地影响电站锅炉安全运行。 风粉在线监测系统对机组各一次风管中的一次风速、一次风温和风粉混合温度、煤粉浓 度以及各台给粉机转速等重要燃烧运行参数都进行在线监测。该系统可以对锅炉四角煤粉浓 度进行直观量化的有效监测，保证机组的均衡燃烧，防止燃烧火焰偏心，从而改善锅炉的燃 烧品质，减少事故的发生，对维护锅炉燃烧的稳定性、经济性和安全性有着重要的意义“。 系统也可以根据监测系统采集的实时数据提供简单实用的诊断分析，帮助机组运行人员及时 对给粉燃烧设备的异常情况做出定性、定量分析，及早采取措施，保证机组安全、稳定运行。 分布式控制系统( d c s ) 具有控制功能强、操作简便和可靠性高的特点，可以方便地用 于工业过程的自动控制，在化工、电力、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。利用 d c s 作为实时监控系统，已经成为大多数火电厂标准配置。目前，大多数电厂所采用的d c s 系统主要包括数据采集子系统( d a s ) 、协调控制子系统( c c s ) 、数字电液调节子系统( d e h ) 以及炉膛安全子系统( f s s s ) ，其中并不包括风粉在线监测系统。大部分的厂家都希望独立 的系统能够和d c s 系统相集成，共用d c s 的0 s 监视器、打印机等设备，并由运行人员统一 监视和协调操作，且将相关数据信息进行统一管理或汇总给全厂的实时数据库。因此，风粉 在线监测系统虽然可以独立于d c s 单独运行，但是各电厂都要求将风粉在线监测系统作为燃 烧优化控制部分子系统与d c s 相连接。如何将风粉在线监测系统无缝集成于d c s 系统中共享 d c s 软硬件资源成为值得研究的问题。 东南大学硕士学位论文 近年来，各火电厂为提高企业整体经济效益和增强自身的竞争力，以适应电力体制改革 的新形势，新建大型火电工程中普遍要求配有厂级监控信息系统( s i s ) 系统。s i s 系统是 采集和处理全厂必要的生产实时数据，为实现厂级监控现代化服务的系统，属于厂级生产过 程自动化范畴。由于各发电厂厂级监控信息系统的结构和功能千差万别，利用c o m 组件的软 件思想开发各个子系统的通用模块成为当前系统开发的热点“6 ”1 。基于e o m 技术进行s i s 系统开发，可以增强软件的复用性，降低开发和维护的成本，并能充分满足软件功能模块对 通用性和灵活胜的要求。因此在遵循s i s 系统开放的数据通讯协议基础上，设计开发具有通 用性并且可扩展的风粉监测组件模块作为燃烧优化的子系统融入s i s 系统，可以方便地在电 厂s i s 层实现对风、粉等重要参数的监测，扩展s i s 系统的功能，具有较高的工程应用价值。 随着因特网技术的迅速发展，i n t e r n e t 技术和工业监测系统的结合是必然趋势，也是 电力生产过程实时监测系统的发展方向，必将大大提高企业的管理水平和经济效益。本文正 是在这个背景下结合省教育厅“江苏省普通高等学校高新技术产业发展项目基于w e b 的电站锅炉均衡燃烧控制系统”( 项目编号：j h 0 2 0 7 7 ) ，研究将均衡燃烧控制系统的子系统 风粉在线监测系统设计成具有通用性的独立模块与电厂d e s 和s i s 系统集成的方案，并 结合电厂实时监控系统的发展趋势设计开发了基于w e b 的风粉在线监测系统。 1 2 分布式控制系统( d e s ) 概述 1 2 1 d c s 的体系结构和发展趋势 近2 0 多年来，由于电子技术和计算机技术的飞速发展以及自动化水平的逐步提高，d e s 结构日臻完善，技术更加成熟，已经成为工业生产自动化不可缺少的控制系统装置。特别是 9 0 年代，d c s 硬件方面广泛采用技术指标更先进的高档工业p c ，有的甚至采用了r i s e 工作 站；软件方面引入了通用的商业化软件包；系统互连方面采用了国际标准的通用网络。整个 系统逐步向信息集成的方向发展”4 ”。 d e s 体系结构通常分为三级( 如图卜1 ) ：第一级为过程控制级，第二级为集中操作监视 级，第三级为综合信息管理级。过程控制级主要包括数据采集站、直接数字控制站、多功能 控制站和可编程逻辑控制站。过程控制级直接面向生产过程，它主要完成生产过程中的数据 采集，如阀位、温度、流量、压力等，实现闭环和开环的控制功能。其过程输入信息来自现 场传感器的电信号，如热电偶、热电阻、变送器及开关量、频率量等；其输出信号驱动生产 过程的执行机构。如调节阀、电磁阀等。监视级主要包括数据存储站、工程师站和操作员站。 工程师站负责系统的管理、控制组态、系统生成与下装。操作员站是人机接口，用于生产工 艺的控制操作、过程状态显示、报警状态显示以及实时数据和历史数据显示打印等。管理级 主要负责生产调度管理、优化计算、生产经营管理与决策。 2 第一章绪论 互接擞宇数撮采纂站多功能控制站可缰程逻辑 控制站d s c s 控制站p l o 0 c c 图卜1 典型d c s 的体系结构 随着计算机技术及网络通讯技术的迅猛发展，d c s 将不断完善、并推出功能更强、性能 更可靠的新型产品。结合火电厂的实际情况，d c s 将向以下几个方向发展： 1 智能化 在火电厂各d c s 子系统( m c s 、s c s 、c c s 、f s s s 、d e h 、b p s ) 中，传统的p i d 控制策略 已能较好地实现，但尚有一些问题没有得到很好的解决。例如，燃烧过程的动态优化问题、 钢球磨中储式制粉系统的控制问题、大范围变工况时过热汽温的控制问题等。这些问题多涉 及到非线性、大时滞、慢时变、分布参数和非确定性控制问题，用传统的控告4 策略是难以解 决这类问题的。因此，需要采用先进控制策略。特别是智能控制策略。同时进一步提高显示、 报警、事故记录等功能的智能化程度，实现数据存档和检索无纸化，有利于提高机组运行的 安全性和经济性。 2 通用化和标准化 现阶段d c s 是自成体系，相对独立的系统，不同厂商生产的d c s 之间、d c s 与其他控制 系统之间相互通信困难，形成电厂中目前存在的“自动化孤岛”现象。随着计算机网络技术 的发展，d c s 将是一种通用化、标准化的系统，具有良好的开放性，能满足用户不断提高的 要求。在硬件上，d c s 将采用更多通用的、标准化的技术，专用的产品将越来越少，高性能 的t 业微机及工作站被大量采用，通用网络结构淘汰专用网络。在软件上，网络通信协议向 国际标准靠拢，实现网络通信协议标准化；通用化、标准化的商业性软件包将被大量采用， 极大提高d c s 的适应能力。 3 网络化 随着网络技术的不断发展，d c s 的上层将与互联网i n t e r n e t 融合在一起，而下层将采 用现场总线控制系统技术，形成以控制网( 以现场总线网为基础) 、系统网( 传统的d c 5 网 绍) 、管理网( s i s m i $ 上层两) 所构成韵网络构架。传统的d c $ 一个致命弱点是，它可以 控制和监视工艺过程，对自身进行诊断、维护和组态，但是由于其i 0 信号采用传统的模拟 东南大学硕士学位论文 量信号，它无法在d c s 的工程师站上对现场仪表( 变送器、执行机构等) 进行远方诊断、维 护和组态。f c s 的现场总线和全数字的现场总线智能化仪表融入d c s 后将镪底解决这个问题。 基于现场总线网的d c s 是一种全数字控制系统，实现了全数字化通信。 1 2 2d c s 集成监控系统的方法 d c s 系统主要由m c s 、s c s 、d a s 、c c s 、d e h 和f s s s 等子系统构成，并不包括其他一些 独立开发的监控系统，但是电厂都希望这些独立的系统能够和d c s 系统相集成，共享d c s 软硬件资源，并将相关数据信息进行统一管理。独立开发的监控系统纳入d c s 基本上有三种 方案： 1 、工控机加上位机显示是比较常用的方案。现场的工控机负责数据采集和计算功能，d c s 操作员站负责将计算结果以图形化方式显示给电厂运行人员。双方通过d c s 提供的外设接口 采用特定的通讯协议如r s 2 3 2 4 8 5 ，m o d b u s 等进行通讯。目前。d c s 与子系统主要以串口通 讯为主，这是由于d c s 内部各机器往往已有效率极高的网络将它们连在一起，网络内数据传 递基本上不用串口。两个系统之间通讯时只需要点对点地传递数据，数据通讯量不大并 且d c s 系统的扫描速度不快，因而串行通讯效率低、速度慢的缺点也就显得不是很严重。需 要注意的是r s 2 3 2 采用“非平衡方式”发送接收数据，传输距离短、抗干扰能力差，不适合 远距离设备之间的通讯连接；r s 4 8 5 则采用“平衡差动式”传输数据传输线上是电位差信 号，不构成电荷积累，因而抗干扰能力强，适合高速率、远距离传输。 2 、上述接口机方案虽较为常用但也存在着明显的缺点，它使得监控系统与d c s 系统相对独 立，d c s 的工作站调用数据比较麻烦。且不同的d c s 的外设接口都不相同，开发统一的接口 程序工作量庞大。因而可以利用d c s 强大控制组态功髓和数据处理功能将整个系统完全嵌入 到d c s 中，即将整个系统测点信号送入d c s 模拟量输入模块a i ，所有计算在d p u 中组态完 成，测点数据和计算结果送入d c s 实时数据库供图形界面组态使用。d c s 系统在控截功能组 态方面拥有内容丰富的功能码库，一个功能码就是一种控制功能的模块化表现形式，利用功 能码可以非常方便地实现实时数据处理及报警显示功能。相对与接口机方案，该方法从数据 采集到报警显示都是在i ) c s 系统内部进行，没有增设与外界通讯的接口，避免了数据交换所 带来的不安全因素，保证了数据格式和通讯协议的一致性。 3 、虽然在d c s 系统内直接组态的方法简单有效，体现了d c s 系统集成的优越性。但是电厂 d c s 模拟量i o 测点比普通数采网络测点贵很多，并且般已投用d c s 的电厂所富余的i o 测点并不多，有时并不能满足系统测点个数耍求。此外，在d p u 进行数学组态，其操作系统 比较低级，界面不友好，操作极为不方便，公式计算能力也不强，遇到一些复杂的拟合公式， 可能计算困难。而d c s 系统操作员站上一殷运行的都是高级操作系统，用户界面友好，并且 支持高级编程环境，因而系统可以运行在操作员站上。系统的澳4 点信号首先进入数采前端 然后通过数据通讯电缆将所采集的数据传送到d a s 操作员站，d a s 系统开放性较好，提供了 直接操作实时数据库的a p i 接口函数，用户可以利用高级编程语言直接调用接口函数从d a s 4 第一章绪论 实时数据库依靠预先设定的标号取得测点值，经过计算后将现场所有数据和计算结果送入 d c s 系统实时数据库供d c s 画面组态调用。 上述的三种方法是单独开发的监控系统与d c s 集成的常用方法，各有优缺点，电厂往往 根据自身实际情况选择实菔方案。 1 3 厂级监控系统( s i s ) 的概述 1 3 1s i s 系统基本结构及功能 目前国内大多数电厂在机组监控方面采用了先进的d c s 控制系统，在经营管理方面建立 了管理信息系统( m t s ) ，但是长期以来d c s 与m i s 系统之间一直处于孤立运行状态。m i s 缺 乏生产实时数据支持，各个机组控制系统互不联系形成一个个自动化孤岛，缺乏信息传递和 共享手段，各个机组控制系统中大量实时信息没有得到提炼和应用。因此必须建立一个专门 面向生产管理层的中间层系统，用一个企业级的实时数据平台集成全厂过程控制信息系统， 并在此基础上开发建设各种高级应用系统。电站厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n tl e v e l ，简写s i s ) 正是面向生产管理层的自动化管理平台， 它是采集和处理全厂必要的生产实时数据，实现厂内各个机组和全厂生产过程最优控制及管 理的系统，也是电厂各d c s 系统和m i s 系统联系的纽带”。”“1 。 1 s i s 系统的基本结构 s i s 系统的网络设计主要采用了分层分布式设计，分为上下两层，上层为s i s 应用层， 连接各应用服务器：下层为接口层，采用独立接口设备连接各控制系统进行数据采集。其网 络结构主要由实时历史数据库服务器、过程管理功能站、客户机、防火墙等硬件组成，如 图卜2 组成。s i s 系统的通讯特点是信息量大，要求数据通讯能力强，因丽通常采用干兆以 太网( e t h e r n e t ) 或其他开放性高速网络作为信息传递和数据传输的媒体。s i s 中实时历 史数据库服务器应具有较大的存储容量和先进的数据压缩方式，用于保存所有生产过程的实 时数据和s i s 对这些数据的计算、分析处理后生成的历史数据，使全厂的运行管理和经营管 理建立在统一的过程数据基础上。实时历史数据库采用标准的客户机j r 务器结构，具有良 好的开放性和扩展性。功能站负责从实时数据库中取得生产过程信息，进行计算分析后，将 结果存入历史数据库，以供客户机或m i s 系统调用。 东南大学硕士学位论文 图卜2s i s 系统网络体系结构 2 s i s 系统的功能 s i s 可综合全厂各单元机组、辅助车间有关实时信息，通过计算、优化和分析，对各单 元机组的运行和设备维护提供在线运行指导，并进行发电厂各单元机组间的负荷经济分配。 其主要功能如图卜3 所示”1 “_ ”1 。 图卜3s i s 功能结构示意图 ( 1 ) 厂级生产过程监视与管理 该功能以画面、曲线、棒状图等形式显示机组及其辅助设备的运行状态、参数、系统图， 为厂级生产管理人员提供实时信息。同时记录生产过程的主要数据，生成各职能部门需要的 全厂各类生产、经济指标统计报表。 6 第一章绪论 ( 2 ) 性能计算和经济性分析 该功能用于计算单元机组各主辅设备的效率等性能参数。主要有锅妒、汽轮机、凝汽器、 给水加热器等电站主辅设备性能计算。它以获得最佳发电成本为目标，将机组和辅助设备的 当前各性能参数与理想值进行比较，将偏差以百分数的形式显示于屏幕，以使运行人员矫正 偏差。 ( 3 ) 设备寿命与维护管理 设备寿命监测和管理是通过启动曲线、运行曲线、寿命曲线和厂家提供的各种数据、图 表来配置设备的预测与预防性维护方案。系统能根据每次启停计算寿命损耗且累积最终寿命 损耗，储存每次启停的寿命损耗率，同时系统根据各种运行参数和设备的运行时间，在显示 器上为运行操作人员显示出对维护的预测和指令，以便运行和检修人员能够及时对这些设备 进行维护、检修。保证其安全、经济运行。 “) 状态监测与故障诊断 通过对过程各部分的变量进行逻辑评估来监视生产过程，并将生产过程的实际状态与动 态过程模型进行比较，面向状态进行诊断和早期报警，使运行人员能在故障发生前对这一问 题进行纠正，并将诊断出的阚题啦因果图的方式显示出来。并可自动提供高精度实时设备性 能数据供管理人员分析和编写报告时使用。 ( 5 ) 全厂负荷优化调度 在出现电力市场交易中心后，传统的计划经济模式改为通过电厂或机组的电量竞价模式 分配负荷，调度中心把实时负荷指令直接下达到电厂监控系统。s i s 可改变电网总调对电厂 负荷控制方式，总调不再直接控制机组，而改为对s i s 发出负荷指令。后者根据总调来的预 测负荷曲线，结合机组负荷相应性能，实现各机组的负荷晟优分配，以获取全厂最大的经济 效益，并可根据需要分别制定出实时优化、短期优化和中期优化，有利于电厂的经济运行， 也有利于“厂网分开、竞价上网”的商业化运行方式的实现。 1 3 2c o m 技术在电厂s i s 系统中应用 随着电力系统的发展，尤其是电力市场竞争机制的引入，要求s i s 应用系统功能越来越 强大，技术越来越复杂，而传统设计方案使得用户界面和应用模块混杂在一起，无法实现业 务的封装，导致整个系统随着用户不断变化的要求大量更新软硬件版本，造成人力、物力资 源的浪费。组件对象模型c o m 是m i c r o s o f t 提出并在当前被大量使用的分布式组件标准具 有很好的开放性、兼容性和可扩展性。利于c o m 技术可以将庞大的应用程序分成多个组件， 每一个组件保持一定的功能独立性协同工作时，通过相互之间的接口完成实际的任务。应 用组件集成s i s 系统可以将各个相对独立的功能模块设计开发成可重用的组件模型，有利于 系统集成和功能扩展“”。基于组件的s i s 系统以原先的客户服务器模式为基础，形成客 户业务逻辑处理数据服务器三层模式结构主要分为用户服务层、功能服务层和数据服务 层。用户服务层组件提供所有用户与数据服务组件的交互界面，如表格、曲线、棒图等。功 7 东南大学硕士学位论文 能服务层提供了s i s 系统各个功能组件，这些组件按功能逻辑对实时数据库中的数据进行处 理并将结果返回给用户服务层。数据服务层组件从各用户服务层和功能服务层组件接收数据 请求并把数据库数据传送至各层组件。同时该层组件还要完成从计算机生产控制系统接入实 时数据的功能。 基于组件的s i s 系统主要有以下的优点： 1 ，可以满足应用系统不断的需求变化，只要对系统逻辑结构进行扩充或对部分组件进 行更改便可以实现版本的更新。 2 将复杂的s i s 系统划分为安全简单的组件，有利于系统的管理，并能够提高系统的 可靠性。 3 组件可以由开发人员根据实际情况进行配置，使其能够做到组件部署和协调的最优 化。 4 组件的使用不需要知道其内部结构，而只需了解其提供的接口，这样有利于组态和 功能的“即插即用”。 综上所述，c o m 技术的应用很好地解决了传统结构化设计方案的缺点，符合大型应用系 统软件结构设计的发展趋势，为发电厂s i s 系统应用设计提供了有效的软件解决方案。 1 4 电厂实时监控系统的发展趋势 一直以来，电厂实时监控系统由于其对象的分散特性，使得分布式的c s 结构是它的良 好选择。在这种结构系统中，通常将应用程序分为两个部分：服务器端和客户端，分别部署 到服务器和客户机上，如图卜4 所示。客户端实现用户界面输入、服务请求以及应用逻辑功 能，而服务器端主要包括与数据存取有关的模块，为客户方的请求提供服务，并将执行结果 通过网络或进程同通讯的方法返回给客户。这样被的好处是可以大大减少两络上的通信流 量，通过阿络传输的主要是一些必要的执行结果信息，而执行过程中涉及到的其他信息处理 则是在服务器内部完成的，不需要通过网络进行数据交换，这样就可以对系统数据集中进行 管理，有效地发挥服务器软硬件执行效率高、安全可靠性高的优点。 请求 i 票川妻iu 图囝靴 l 一 晌盘 客f端服务器 图1 4c l i e n t s e r v e r 体系结构图 8 第一章绪论 c s 结构作为分布式计算模式的初步模型，随着应用的深入和规模的不断扩大，应用程 序日趋复杂，它也暴露出许多局5 艮性。2 。”2 2 ”： 1 开发和维护成本高 系统不仅要实现服务器端的逻辑功能模块，还需要开发客户端应用软件。开发完成后， 需要在每台客户机上安装相应的客户端应用程序，并要完成大量的系统配置工作。当客户端 应用程序需要修改和升级时，需要在每台客户机上完成，如果系统有大量用户并且是分布 和流动的，对系统维护将是非常困难的。 2 客户端负载重 c s 结构中，系统显示逻辑和大部分的应用处理逻辑均被放在客户端，随着应用系统越 来越复杂，使得客户端应用程序越来越庞大，对客户机的处理能力要求越来越高，而服务器 端由于任务相对较轻，形成所谓的“胖”客户机、“瘦”服务器，负荷不均使得客户端的管 理越来越困难。 3 性能随客户增加而下降 由于客户端和服务器端直接连接，服务器将消耗部分系统资源用于处理与客户端的连接 工作。每当同时存在大量的用户与服务器相连时，服务器有限的资源将被用于频繁虑付与客 户端之间的连接，无法及时响应数据请求从而产生数据堆积。进而导致系统整体运行效率大 幅度降低甚至死锁和全面崩溃。 4 系统灵活性差 c s 结构下模块中每一部分的变动可能关联到其他模块。并且采用的软件产品犬都缺乏 开放的标准，一般不能跨平台运行。由于客户端的操作系统是多种多样的，这就需要为每一 种操作系统设计客户端程序，而这种做法带来的直接后果就是增加开发难度和工作量，造成 人力和物力的浪费，并且这样做也是不现实的。 随着网络技术的飞速发展基于w e b 的b s 三层分布式计算模型可以克服上述c s 应用模 型的缺点，并逐渐成为信息发布的主流模型。b s 结构如图1 5 所示，该模型把原来在客户机 一侧的事务处理逻辑模块从客户机的任务中分开，将它放到w e b 服务器上单独组成一层，客 户机上统一采用易于操作的用户界面浏览器。客户机不再负责处理复杂的计算和数据访 问功能，只负责用户界面的显示，从而变成一个简单的图形交互工具。应用逻辑集中放置在 w e b 报务器上由所有用户共享，w e b 服务器接受用户的请求，并启动相应的服务程序向数据服 务层请求数据，将结果转换成标准的h t m l 文本返回给浏览器用户。数据服务层利用数据库服 务器完成数据的存储和管理功能，它接受w e h 服务器对数据操纵的请求，实现对数据查询、 修改、更新等功能，并把运行结果提交给w e b 服务器。b s 结构与传统的c s 结构相比具有安 装简单，扩展性好，信息共享度高的优点，从而使系统更具可控性，给系统维护和更新带来 了极大的方便。 9 东南大学硕士学位论文 圈 嘣制 恻 查询 心心 圈圄 ww h 睫页 结果 图卜5b r o w e r s e r v e r 体系结构图 以前，w e b 给人的印象是丰富的色彩，缓慢传输信息，但满足不了监控系统的实时性要 求。电厂中基于w e b 的信息管理系统有很多的成功的案例，并得到广泛应用，丽基于w e b 的生 产过程监控系统应用却比较少。近年来，由于c o m d c o m 、a c t i v e x 、) 0 4 l 、w e bs e r v i c e s 以及 j a v aa p p l e t 等技术的出现，再加上w e b 服务器对数据库访问更好的支持，w e b 的交互性祁实 时性有了很大的改善，使得基于w e b 技术的监控系统在电厂中得到了广泛应用。“。总而言 之，w e b 技术与工业监控系统相结合是电厂实时监控系统的发展方向，也是符合以信息获取 为中心的软件发展趋势。 1 5 本文主要研究内容 本文在原有单独开发的风粉在线监测系统基础上，探讨如何在电厂d c s 和s i s 系统中实 现风粉在线监测系统的关键技术问题，并结合电厂实时监控系统发展趋势设计开发了基于 w e b 的风粉在线监测系统。论文主要研究内容如下： 1 风粉在线监测系统原理及故障分析 本文采用计算机监控系统的框架来实现风粉在线监铡系统，详细介绍了系统软硬侔结构 组成原理、信号测量原理以及系统所具有的功能。该系统实现了煤粉浓度、一次风速等重要 燃烧参数的计算机实时监测，有效地提离了电站锅炉燃烧的安全性和经济性。本文对风粉系 统实际运行中经常发生的故障进行了分析，并针对典型的堵粉故障，在气固两相流理论的基 础上建立了数学模型并在m a t l a b 环境下完成了计算机数值仿真，给出了实时监测参数在堵 粉工况下的变化趋势。数值模拟结果验证了所建立的堵粉故障数学模型的正确性，从而为系 统根据监测参数变化对堵粉故障及时做出诊断提供了理论依据。 2 基于d c s 平台的风粉在线监测系统集成方案研究 由于d c s 在电厂中的广泛应用，以及d c s 众多的优点，将独立开发的监控系统集成于 d c s 已经成为一种趋势。如何将风粉在线监测系统作为一个独立模块嵌入到d c s 的监控软件 系统中成为值得研究的问题。本文在探讨风粉在线监测系统与i ) c s 不同的接口方案基础上， 将系统崩到的公式( 即风速计算公式和煤粉浓度计算公式) 封装在动态链接库中，充分利用 了动态链接库代码简洁、占用资源少、易于扩充的优点，体现了系统功能模块化思想有利 1 0 第一章绪论 于风粉在线监测系统无缝集成于d c s 操作员站上。 3 基于s i s 平台的风粉在线监测系统集成方案研究 s i s 是采集和处理全厂必要的生产实时数据，为实现厂级监控现代化服务系统。它在生 产控制系统和管理系统之间搭建起沟通的桥梁，并建立起高级应用项目所需的实时数据平 台。文章依据组件化程序设计思想以及s i s 系统实时数据通讯特点，设计开发了基于o p c 协议的系统a c t i v e x 控件，并给出了控件开发的关键代码以及关键问题的解决方案。该控件 将o p c 通讯协议和风粉在线监测系统用到的计算公式封装起来，充分发挥了o p c 接口统一、 开放的特性，易于与s i s 应用软件系统以及基于w e b 的监控系统集成，具有较高的工程应用 价值。 4 基于w e b 的风粉在线监测系统的设计与开发 本文从原有的风粉在线监测系统出发，设计开发了基于w e b 的风粉在线监测系统的网络 结构、功能模块和数据库组织结构，并结合a s p n e t 技术和s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库管理系 统，完成了系统的整体开发。本文在完成应用系统框槊设计与开发基础上，实现了实时历 史数据图形化显示，故障报警消息的发送与接收，历史数据报表的生成和打印等系统功能， 并从w e b 服务器，数据库服务器和应用程序三个方面考虑了整个系统的安全性且采取了相应 的措施。由于系统采用b r o w s e r s e r v e r 结构设计，便于风粉在线监测系统进一步功能完善 和开发。 参考文献 l 吕震中，沈炯采用变频调速的均衡燃烧计算机控制系统 j 动力工程，1 9 9 6 ，1 6 ( 2 ) ： 4 7 5 0 2 赵永刚，薛立军，岳建华电站锅炉燃烧系统一、二次风风速在线监测系统的研制 j 中 国电力，2 0 0 0 ，3 3 ( 1 ) ：2 9 3 l 3 李雪亮锅炉风粉在线监测及故障诊断系统 j 东北电力技术，1 9 9 6 ( 8 ) ：5 9 - - 6 2 4 徐春晖，徐向东，吕泽华1 3 0 t h 煤粉炉计算机监控系统的研制 j 清华大学学报，1 9 9 9 5 沈炯戚墅堰发电厂# 1 2 炉采用变频调速的锅炉燃烧监测及控制系统总体设计方案 r 1 9 9 5 6 孙鹏均衡燃烧控制系统的设计与t 程实现 d ： 硕士学位论文 南京：东南大学动力工 程系，2 0 0 1 7 凌澄p c 总线工业控制系统精粹 m 北京：清华大学出版社，1 9 9 8 8 吕震中，刘吉臻，王志明计算机控制技术与系统 c 北京：中国电力出版社，1 9 9 6 9 安玉祥d c s 在火电厂的应用与发展 j 电力建设，2 0 0 3 ，2 4 ( 1 1 ) ：3 7 3 9 1 0 李介明火电厂d c s 现状与发展趋势 j 长沙电力学院学报，1 9 9 7 ，1 2 ( 2 ) ：2 0 1 - - 2 0 5 1 1 侯子电火电厂厂级自动化系统总体功能设计思路探讨 j 中国电力，2 0 0 1 ，3 4 ( 4 ) ： 5 6 5 8 1 1 东南大学硕士学位论文 1 2 侯子良中国火电厂自动化发展趋势及对策 j 中国电力，1 9 9 9 ，3 2 ( 1 0 ) ：4 l - - 4 5 1 3 曹文亮，商建强，王兵树等电厂厂级监控信息系统现状及发展前景中国电力，2 0 0 2 ， 1 5 ( 9 ) ：5 9 6 2 1 4 夏南厂级监控信息系统基本配置概述 j 电力学报，2 0 0 3 ，1 8 ( 3 ) ：2 2 3 2 2 6 1 5 张国忠，王鲲，丁伟平等火电厂厂级生产监控信息系统的实现 j 电力自动化设备， 2 0 0 3 。2 3 ( 1 0